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“Análisis de factores técnicos para controlar los costos asociados del desgaste

prematuro de bronces en molinos de caña de azúcar, por medio de la

optimización de la lubricación”

IQ Gilberto Andrade Viascán.- Gerente Técnico – Tritech México - Especialista en

aplicaciones técnicas de lubricantes Industriales y de alto rendimiento en el sector

azucarero.

Miembro de la Society of Tribologists and Lubrication Engineering de los EU (STLE)

RESUMEN

La lubricación de los bronces en un molino azucarero, es uno de los retos más difíciles en el

terreno de la ingeniería de mantenimiento y de la lubricación industrial. Equipos

inservibles, horas de trabajo por reparaciones no estimadas, paros y costos extras por

urgencias no programadas, son el reflejo al final de cada zafra, de miles de pesos y esfuerzo

gastados por un fenómeno que no se comprende en su totalidad: el desgaste prematuro o no

controlado de los bronces de los molinos en un ingenio.

El presente trabajo pretende analizar y proponer estrategias y acciones prácticas, que de

acuerdo a especialistas y experiencias en ingenios de México y Centroamérica, sugieren se

deben de tomar en cuenta para incrementar la confiabilidad de operación y el

mantenimiento productivo de los bronces en un molino azucarero, para finalmente eliminar

y controlar los costos asociados a este fenómeno. La información presentada es un

compendio de conclusiones de especialistas en el campo, estudios técnicos de laboratorio,

estudios prácticos de campo, experiencias de fabricantes de lubricantes, experiencias en

especialistas de sistemas de lubricación, experiencias de especialistas de lubricación en

ingenios de centro y Sudamérica. Se brinda al final una bibliografía con artículos técnicos

que se sugieren consultar para detallar y obtener un mayor conocimiento técnico de los

temas.

1. INTRODUCCION

La Tribología, definida como ciencia del estudio de los fenómenos de fricción, desgaste y

lubricación de las superficies en contacto, tiene como objetivo primario el analizar los

factores que permiten controlar y reducir el desgaste de las misma y movimiento relativo,

como las que se presentan en una maquina equipo industrial o automotriz.

La Tribología sugiere que en el estudio de los fenómenos señalados, estos se deben atacar

analizando los equipos industriales (como lo es un molino de caña), como un sistema

holístico, es decir como un todo o conjunto y no solo por la partes que lo conforman., lo

anterior lleva a concluir que, para entender el comportamiento de una máquinas o equipo

industrial, estos no pueden ser explicados simplemente aislando o analizando sus elementos

de forma aislada, ya que el sistema se comporta de un modo distinto operando en conjunto

que separando cada una de sus partes. Esta visión permite establecer estrategias, acciones,

medidas preventivas de mantenimiento y lubricación objetivas, que permitirán la obtención

de resultados de producción más confiables, eficientes y rentables en un equipo industrial.

Es imperativo entonces que las plantas y organizaciones industriales, tomen en cuenta lo

establecido por la ciencia de la Tribología y la Lubricación, como una estrategia para la

2

obtención y sanidad financiera de sus planes de producción y del cuidado de sus activos en

una planta de proceso., para la sana rentabilidad de su negocio y mercado

1. ESTADISTICAS Y ANALISIS DE FALLAS EN CHUMACERAS DE

EQUIPOS AZUCAREROS.

Analicemos la siguiente distribución de reportes técnicos de fallas y su causa primaria al

analizar problemas de desgaste prematuro y fatiga mecánica (Fig 1), reportadas en los

bronces de molinos azucareros reportadas por diversos técnicos especialistas en 30 ingenios

azucareros en los últimos 10 años (ref..- 9,10, 13, 14, 15). Los datos muestran que dichas

fallas no están alejadas de estos resultados reportados por estadísticas de fallas de

rodamientos industriales. Expertos en el análisis de fallas de componentes industriales,

señalan que existen generalmente hasta siete factores causa de falla en un equipo industrial

y que son consecuencia de una serie de eventos que se inician desde la toma de decisiones

técnicas a niveles gerenciales. En una gran cantidad de casos prácticos a resolver en un

ingenio, demuestran lo anterior, indicando que en la mayoría de casos de daños en

chumaceras, se ignoran las causas probables de falla, debido a se hacen análisis técnicos no

profundos del tema repitiéndose de forma no control sobre el manejo de un equipo. Por otro

lado estos especialistas denominan a los factores de falla de origen humano como “errores

latentes”, que agudizan el desarrollo de las fallas mecánicas de un equipo. Estos “errores

latentes” derivan desde presiones para reducir costos, (que en muchas ocasiones y sin tener

una conciencia objetiva de ello sacrifican la calidad por el precio de un material o equipo),

hasta falta de información o preparación técnica para analizar la inversión y rentabilidad en

la compra de un equipo. Un ejemplo del primer efecto, sería decidir la compra de un

material poco resistente a la corrosión y la fatiga (mas barato), y colocarlo precisamente en

un sistema donde el efecto de la corrosión es de alto impacto en el desgaste de un material.

Fig 1 Porcentaje estimado de factores de causas de falla en chumaceras de molinos

Contaminación de lubricante con jugo

y bagazo, 20%

Contaminacion de chumacera con

jugo y bagazo, 20%Sellado inefectivo , 20%

Fallas Relativas al lubricante, 15%

Fallas relativas al sistema

centralizado, 10%

Fallas por defecto de material, 5%

Fallas relativas a diseño de

canaletas, 4%Otro tipo de fallas,

6%

3

De forma resumida, especialistas de la STLE, señalan que los factores de fallas mostrados

caen dentro de errores que a su vez comprenden la siguiente clasificación (Ref 2,3 y 4),

estas son:

Errores de diseño y manufactura de la máquina

Defectos de material

Errores Humanos

Errores de Metodología de control y tomas de decisiones

Errores por presiones financieras

Errores por presiones de tiempo

Técnicamente hablando en la (fig 2), se muestra a detalle la clasificación de los factores de

tipo mecánico y de procedimientos, que se sugieren analizar en la falla de un equipo

rotativo. En la ciencia de materiales y mecánica, a todos los equipos y partes de un

máquina es factible estimarles una vida útil vida promedio y bajo condiciones de operación

ideales, en este sentido se estima que un mantenimiento profesional, es aquel que logra

llevar a un equipo industrial por arriba del 90% de su vida ideal de diseño, sin embargo

estas no se alcanzan en la práctica debido primordialmente a ignorancia técnica del efecto

que los factores señalados generan en un equipo. En el caso particular de las chumaceras de

bronce (Ref.- 5, 9 y 10), existen estudios y referencias que reportan que la vida útil

estimada de una chumacera de bronce entre 8 a 10 zafras llegando a obtenerse en el algunos

casos hasta 10 zafras años sin fallas pero operando en condiciones ideales de lubricación y

mantenimiento.

Fig 2.- Factores que afectan el rendimiento global de un equipo rotativo

Daño en sellosDaños durante el transporte

Daños en la superficie

Manejo incorrecto

Errores de ajuste

Tareas no apropiadas

Contaminación

Refacciones erróneas

Causas de falla

Condiciones de servicio

Procedimientos de operación y mantenimiento

Sobrecalentamiento

Sobrecarga

Contaminación

Lubricación

Procedimientos de ensamble

Errores de Manufactura

Concentración de esfuerzos

Acabado superficial

Estrés Residual

Errores del Material

Tratamiento Térmico

Dureza del material

Selección del material

Combinación de materiales

Deficiencias de Diseño

Tolerancias

Espacios para

ajustes

Rigidez y esfuerzos

4

Durante la experiencia de trabajo y con base a estudios de campo y especialistas en un

ingenio azucarero es improbable que se alcance esta vida útil, encontrándose experiencias

de vida útil menores a una o dos zafras y en porcentajes mayores al 10% del total de

chumaceras en un molino, si consideramos que un molino puede tener entre en el caso del

molino y puesto que un tándem puede tener entre 40 y 48 chumaceras y el costo estimado

de reparaciones o reposición directa de una chumacera se estima en promedios que van

desde los $ 2,000 a los $ 4,000 USD, pues pueden considerarse el impacto de los costos

finales asociados al terminar una zafra (Ref.-13 y 14)

A continuación se hará énfasis en los siguientes factores, que se basan en estudios técnicos

profesionales y en resultados de reportes de campo en molinos de caña y que han resultado

ser los de mayor impacto a controlar por sus efectos destructivos en una chumacera, estos

son:

• Análisis de las condiciones de diseño, trabajo y operación de un molino

• Efectos y errores comunes en la selección técnica del lubricante de las chumaceras

• Efectos y errores prácticos en la operación, selección y mantenimiento del sistema

centralizado de lubricación.

• Efectos y sugerencias para el adecuado sellado de las chumaceras

• Sugerencias en el diseño y construcción de las canaletas o venas de distribución de

lubricante en las chumaceras.

• Sugerencias para la selección adecuada de la calidad del bronce utilizado en la

construcción de las chumaceras

1.- ANALISIS DE LAS CONDICIONES DE DISEÑO, TRABAJO Y OPERACIÓN

DE UN MOLINO

Las condiciones físicas y mecánicas para la adecuada lubricación y mantenimiento de un

molino de caña, es quizás uno de los retos más complejos para la ingeniería de lubricación,

de acuerdo a los principios de la Tribología y del estudio de la teoría y práctica de la

lubricación, un molino presenta condiciones de lubricación denominadas de película limite

(Ref.-1,2,11,12). Estas son las condiciones más difíciles y críticas para proteger del efecto

de la fricción y desgaste en un mecanismo rotativo. En estas condiciones, el espesor de la

película lubricante se reduce al mínimo y debido al diseño y condiciones de servicio de un

molino de caña, como lo son baja velocidad de rotación, cargas extremas, variaciones

severas de temperatura, variaciones del flujo de aceite, presencia de contaminantes severos

como jugo de caña con propiedades corrosivas, posibilidades de contaminación con bagazo,

polvo y basura, se generan condiciones ideales para el desarrollo acelerado de desgaste

adhesivo, abrasivo y corrosivo, disminuyendo la vida útil e incrementando las posibilidades

de fatiga o falla prematura de las chumaceras.

Revisemos más de cerca las condiciones de operación a la que están sujetas las chumaceras

de bronce en el molino:

• Variaciones de carga constante que generan vibración y variación del espesor y

protección de la película lubricante en las chumaceras.

• Flotación de ejes de mazas (0.012 mm – 1 1/ 2 in) que generan desbalanceo y

posibilidades de entrada de contaminantes en las chumaceras y el lubricante,

generando deterioro de sus propiedades químicas y de protección, así como desgaste

abrasivo, adhesivo y corrosivo.(ref 7)

5

• Carga estimada de 165 ton, resultante de la presión hidráulica del acumulador sobre

el pistón de cabezotes en el eje de las mazas superiores, que se transmite a las

chumaceras soporte, desarrollando condiciones de lubricación límite que

disminuyen la película de lubricante que aceleran la formación de grietas de fatiga

en los bronces. En la figura (fig 3) se muestra el balance de las cargas a las que está

sujeto un molino.

• El diseño y variaciones de carga a las que las chumaceras están sujetas, genera por

fricción elevación de la temperatura en la chumacera, (en ocasiones mayores a 80

°C donde el material puede sufrir fatiga superficial), en estas circunstancias la

película lubricante es discontinua, generándose gradientes de carga puntuales sobre

la superficie de los bronces, reduciendo la resistencia a la fatiga del material,

provocando desprendimiento parcial de la superficie de contacto, donde las

partículas pueden permanecer en las tolerancias de la chumacera, provocando

ralladuras por contacto metal con metal (fotos B,C, D, E)

• Posibilidades de fatiga térmica del bronce por descuido e incremento de la

temperatura por falta de flujo adecuado de lubricante y enfriamiento limitado.

• Flujo y alimentación irregular de lubricante en las zonas de contacto y alta carga,

por taponamientos de líneas e inyectores por defectos de limpieza en el sistema

centralizado.

• Baja velocidad de rotación de las mazas (entre 4 y 6 rpm), que dificulta la

formación de una película constante en la chumacera

Fig 3.- Distribución de fuerzas en un molino de caña

Caña

preparada

4a MS

MC MB

2,500 lbs

Jugo

Bagazo

4a MS

MC MB

Jugo

Bagazo

Distribución de fuerzas F

* Carga estimada de 165 ton sobre el bronce de la maza superior

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2.- EFECTOS Y ERRORES COMUNES EN LA SELECCIÓN TECNICA DEL

LUBRICANTE EN LAS CHUMACERAS.

Las condiciones de operación del molino tienen un efecto determinante en la óptima

lubricación de los bronces, ya que:

• El lubricante debe mantener su viscosidad homogénea durante toda la zafra y en

condiciones de variación de temperatura severas.

• El lubricante es susceptible de contaminarse con jugo acelerando su degradación

física y química y disminuyendo sus propiedades de sellado en la chumacera.

• El lubricante puede contaminarse con bagazo, suciedad y polvo, contaminantes que

acarrea hacia las zonas de alta carga del molino generando desgaste acelerado.

• El lubricante debe de llegar a los puntos de alta carga en la cantidad y frecuencia

adecuada para evitar el desgate adhesivo y abrasivo en la chumacera.

• Debido a las variaciones de carga, el lubricante debe de tener la tenacidad para

soportar cargas puntuales derivadas de la vibración y flotación en las chumaceras.

• El lubricante debe de diseñarse con una lata resistencia al esfuerzo cortante para

optimizar su consumo con la máxima protección.

La chumaceras de bronce de las mazas tradicionalmente se lubricaban con aceites de

origen asfaltico con aditivos de extrema presión y anti-desgaste, están prácticamente en

desaparición por situaciones ecológicas y de rendimiento limitado, en la actualidad existen

una gran gama de lubricantes para molinos y el más eficiente para las chumaceras de

molinos, han resultado ser las grasas lubricantes conteniendo aceites de alta viscosidad que

van desde los 5,000 a 6,000 Cst a 40 °C en el espesor de su aceite base.

Como se señaló, el lubricante será el que soportará toda la carga en las chumaceras y su

diseño y selección requiere de una selección técnica profesional. Es un error estratégico el

seleccionarlo solo por factores primarios como su precio y tomando en cuenta solo

parámetros primarios como su viscosidad y tipo de aditivos, esta práctica ha demostrado ser

un riesgo para la vida útil del equipo y debe considerase como una inversión más que como

un gastos o consumible, las chumaceras se verán afectadas por cualquier limitación del

mismo y sufrirán daños que en ocasiones se pueden detectar durante la zafra o hasta el

final, incrementándose los niveles de consumo y los gastos en reparaciones de chumaceras.

Se sugiere el verificar que el proveedor de los lubricantes documente con información

técnica objetiva las siguientes pruebas de desgaste, rendimiento y facilidad de bombeo

como una medida de su confiabilidad y eficiencia ( 1, 2, 11)

ASTM D-217-02: Consistencia de la grasa

ASTM 445-06 .- Mide la viscosidad cinemática a 40°C

ASTM D-2596 : 4 Bolas, describe características preventivas al desgaste

ASTM D-2509 : Prueba Timken para medir la capacidad de carga

ASTM D-3704-96(2000) : Prueba Falex que mide prevención al desgaste en movimientos

oscilantes.

DIN 52354 (A/2.76/50) : Debe de superar la etapa 12

ASTM D-4048 Prevención de corrosión al cobre, valores mínimo 1a, 1b

7

ASTM D-1398- Timken Retention.-Prueba para medir capacidad de carga de una grasa

para engranajes abiertos.

ASTM D-1264 .- Prueba de resistencia al lavado con agua.

PRUEBA LINCOLN VENTMETER.- Permite evaluar la facilidad de bombeo de una grasa

y su consistencia a través de un sistema centralizado.

Un aspecto importante, que en ocasiones no se valora adecuadamente, es el prestigio y la

calidad de una marca, esto significa un alto grado de confiabilidad que se traducen en

menores costos de operación y consumo con una protección extra en condiciones extremas

como las requeridas en el cuidado de los bronces de un molino de caña, por el contrario una

selección deficiente, significa un alto riesgo, que puede acarrear altos costos de producción

en el molino, daños a la ecología y como consecuencia final, desgaste y fatiga prematura de

los bronces.

3.- EFECTOS Y ERRORES PRACTICOS EN LA OPERACIÓN, SELECCIÓN Y

MANTENIMIENTO DEL SISTEMA CENTRALIZADO DE LUBRICACIÓN

Los técnicos y expertos en lubricación, establecen las siguientes reglas como las más

importantes para para una óptima lubricación de un equipo, estas son:

1. Seleccionar el lubricante más apropiado para las condiciones de servicio

2. Aplicar el lubricante en el punto adecuado de contacto

3. Aplicar el lubricante en la cantidad y frecuencia adecuada.

Una vez que se cumple la primera regla, las otras dos las cumplen a la perfección los

sistemas centralizados de lubricación, se requiere de un sistema centralizado bien diseñado,

programado e instalado, para llegar a todos los puntos de protección necesarios de las

chumaceras. Prácticamente todos los ingenios cuentan con sistemas de lubricación de

chumaceras centralizados el principio del sistema cerrado de doble línea de la marca Farval

o Lincoln en los Tándems. El principio de estos sistemas se basan en el uso de 2 líneas

paralelas de tuberías en cuyos interiores se transporta lubricante; las líneas activan su flujo

de manera alternante mediante una válvula de reversa controlada por un dispositivo

electrónico previamente configurado.

De forma cualitativa podemos mencionar algunos de los problemas que se detectaron al

realizar una encuesta en 20 ingenios de México y Centroamérica con los técnicos e

ingenieros de nuestra empresa encargados de la instalación y mantenimiento a los sistemas

centralizados ( ref.-10, 11,13,15):

• El pensar que “Puesto que el sistema es automatizado, no necesita monitoreo”

• Falta de capacitación e ignorancia del personal técnico del ingenio sobre la forma

trabajo del sistema centralizados, así como la de establecer acciones preventivas y

correctivas para resolver posibles fallas

• La no estandarización de un procedimiento adecuado para el monitoreo y cuidado

de la alimentación de lubricante en el sistema.

• Forma inapropiada de resolver las urgencias como el calentamiento imprevisto de

las chumaceras, elevando el consumo de agua y lubricante de forma innecesaria.

• Falta de monitoreo de válvulas dosificadoras.

8

• Alternativas de instalación de dos estaciones en paralelo para resolver urgencias de

forma eficiente.

• No efectuar la limpieza de los filtros de grasa regularmente.

• Evaluar la instalación de alarmas para indicación de una falla.

• El no establecer medidas de prevención para evitar una fallas en las bombas.

• Programar acciones de preventivas y de toma de datos en el sistema, antes, durante

y después de la zafra.

• Efectuar revisiones periódicas y de puesta a punto a todos los elementos del sistema

bombas, timers, válvulas o inyectores y alarmas., así como de las tuberías

principales y sus derivaciones para corroborar dimensiones, buen estado y posibles

fugas o conexiones no adecuadas.

• Falta de cooperación para llevar a cabo actividades de supervisión entre el personal

y el proveedor, dejando de lado funciones importantes que afectan la confiabilidad

del sistema.

• Revisión de la red hidráulica principal del sistema.

• Analizar las alternativas de incorporación de sistemas más confiables, menos

robustos y ergonómicos.

• Falta de programas de inspecciones diarias al sistemas, para verificar

funcionamiento de todo el equipo y toma de temperaturas y tuberías de alimentación

a las chumaceras

• Incrementar la limpieza de las estaciones de lubricación minimizando el posible

ingreso de contaminantes a los barriles de grasa.

• Al final de Zafra, desmontar las válvulas o inyectores dejándolos limpios y

protegiéndolos adecuadamente, así como el llevar un registro del estado del equipo.

• Limpiar y cubrir las bombas y estaciones de lubricación para evitar el deterioro

durante el tiempo de mantenimiento.

Si observamos lo anotado, concluiremos que muchos de los problemas se reducen a que

existen “malas prácticas de mantenimiento” como limpieza adecuada y programas de

control, revisión y monitoreo de datos, así como falta de capacitación de los operarios en el

ingenio”

4.- EFECTOS Y SUGERENCIAS PARA ADECUADO SELLADO EN LAS

CHUMACERAS.

Dentro de la estadística de fallas de chumaceras, las fallas relativas a la contaminación,

lubricación y desgaste prematuro, por falta de lubricación eficiente, son consecuencia de

defectos de sellado en las chumaceras, factor que contribuye con más del 40% desgaste de

estas. Un mal sellado contribuye a (Ref.- 1, 2):

• Disminuir la capacidad de protección del lubricante

• Permitir la contaminación del lubricante y la chumacera con jugo y polvo.

• Generar condiciones propicias para incrementar la temperatura de las chumaceras,

así como el desgaste y fatiga acelerada

• Riesgo de derrames y contaminación ambiental

• Desperdicio de lubricante y contaminación al medio ambiente

9

La problemática con el sellado en las chumaceras de un molino, es que no existen diseños

específicos y adecuados y confiables para el diámetro de masas tan grandes en un molino

de caña, diseñar un sello adecuado, es realmente un reto de la ingeniería de lubricación y su

control. Lo anterior ha llevado a incorporar e implementar una gran diversidad de formas

para evitar disminuir los contaminantes que ingresan a la zona de carga entre muñón y

chumacera. A continuación presento de forma cuantitativa y no limitativa, algunas

sugerencias, con base en experiencias de instalación e incorporación de sellos para masas

de molinos en diferentes ingenios de México, Centroamérica y Brasil así como de

información recabada de algunos de los fabricantes de sellos para equipos de alta

exigencia.(ref.- 5,9, 13,14,15

Sellos en chumaceras refrigeradas en la caja.- Esta modalidad se considera el sello típico

como una empaquetadura aislada en los lados y labios de la chumacera, la presión ejercida

entre la caja y la teja en la chumacera, hace que el sello se comprima, protegiendo al

lubricante, que también generan una alta presión entre la cara y la caja. En este tipo de sello

se debe de tomar en cuenta el material de fabricación (elastómero) del sello, el Viton ha

resultado ser el material más conveniente de acuerdo a estudios técnicos, se sugiere la

revisión de un estudio de la Universidad del Valle de Colombia, del grupo de Investigación

de Mejoramiento Industrial del Departamento de ingeniería mecánica (Ref.-5 y 10), donde

se analiza y se proponen el “Diseño de dos chumaceras con sistema de sellado para el eje de

maza superior) Fig 4”

Fig 4.- Ejemplo típico de una chumacera refrigerada en su caja

Sellos tipo brida.- Este trabajo requiere de fabricar una brida acorde a la tapa de la

chumacera. En primer lugar, el material de la tapa debe tener un espesor suficiente para

dotarla de buena rigidez y resistencia los cuales se les incorporan fieltros o hules para para

proteger de la entrada de jugo, ver Fig 5

10

Dicho material debe tener un espesor como mínimo de 1/4” y de ser posible de 3/8”. En los

bordes de la tapa se acondiciona una pestaña (flanger), que servirá de soporte al material de

sellado, el cual puede ser un caucho de 1/2” de espesor similar al que utilizan las bandas

transportadoras. Al fijar la tapa contra la base de la chumacera, este caucho se asentará en

el cuello del muñón y dificultará la entrada de jugo y bagazo.

Sellos prácticos tipo faja.- Se han probado diseños que requieren por ejemplo, de una “faja

de poliuretano” (espuma), pegada con un adhesivo de alto rendimiento, el cual evita la

entrada de partículas extrañas a los bronces ver fig 6. Esta faja es impregnada con aceite

para que esta se adhiera al muñón. Las medidas recomendadas de la faja de poliuretano

sirven como referencia y se deberán ajustar al espacio disponible en cada diseño de

chumacera.

La sugerencia final es la recomendación es la de revisar alternativas de sellado en los

bronces, si se controla este factor, la confiabilidad y fallas recurrentes se verán disminuidas

de forma significativa.(ref.- 13, 14)

5.- SUGERENCIAS EN DEL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LAS CANALETAS

O VENAS DE DISTRIBUCION DEL LUBRICANTE EN LAS CHUMACERAS.

El diseño de las venas, canaletas o “ranurado” en los bronces tiene como objetivo el

obtener una distribución eficiente del lubricante en las zonas de carga, sin embargo La

experiencia ha demostrado que el “ranurado” de la superficie interior de un bronce de

molinos es un problema de diseño crítico, ya que al proyectar las ranuras para una

distribución eficiente y fácil del lubricante, se pueden cometer errores que llevan a la rotura

de la película lubricante, así como un error en el maquinado genera fatiga o debilitamiento

de la resistencia del bronce, sin embargo es importante que se sigan los siguientes cuidados:

• Nunca maquinar ranuras axiales en las zonas de alta carga de lubricante ya que la

película se rompe incrementándose la posibilidad de desgaste.

• Maquinar ranuras de tipo axial en zonas de carga cero y en el sentido axial del

cojinete.

• Se sugiere que las venas de lubricación tengan como mínimo el diámetro saliente

del inyector con el objetivo de mantener el volumen y el flujo adecuado.

• La apertura de cada vena de lubricación dentro de cada teja debe ser mínimo de 3/8

de diámetro al igual que su conducto.

• Al igual que se recomienda mantener la ubicación de los inyectores donde indica el

fabricante en la parte superior de la virgen.

• Mantener cada chumacera con dos puertos de lubricación independiente.

Existe un estudio muy interesante y digno de revisión (ref.- 5 y 15) donde se muestra a

detalle las sugerencias técnicas sobre el diseño técnico y sugerencias prácticas para las

canaletas y su sellado.

11

6.- SUGERENCIAS PAR LA SELECCIÓN ADECUADA DE LA CALIDAD DEL

BRONCE UTILIZADO EN LA CONSTRUCCION DE LAS CHUMACERAS.

La calidad del bronce utilizado en la fabricación de la chumacera debe de verificarse y

certificarse, el bronce es un metal con propiedades antifricción, que debe de las siguientes

características:

• Capacidad de soportar la distribución de las cargas del muñón y esfuerzos de

presión del sistema.

• Alta resistencia a la fatiga

• Conformabilidad o propiedades de deformación plástica para ajustarse al

movimiento con el mínimo de fracturas.

• Incrustabilidad o facilidad de incrustar en su cuerpo pequeñas partículas abrasivas

sin dañarse aceleradamente.

• Resistencia a la corrosión en particular al jugo de la caña.

• Buena conductividad térmica que le permita evacuar de la mejor manera el calor

generado por la fricción.

Bajo coeficiente fricción, es decir que la energía de deslizamiento sea la menor posible

Existen estudios que señalan que el bronce con especificaciones SAE 64 y SAE 67 en

particular poseen propiedades adecuadas para soportar de manera más eficiente el desgate y

presentan menores coeficientes de fricción ya que su composición contiene plomo dentro

de su composición. El plomo no se integra a la fundición del Cobre y el Estaño, sino que se

distribuye y queda esparcido en la superficie del grano del bronce, creando una película

protectora maleable de baja fricción.

Propiedades del bronce SAE 64 Normas Equivalentes: SAE CA937; ASTM B584-937; DIN 1716-G.Sn Pb Bz 10

Composición química: Cu 78/82%; Sn 9/11%; Pb 8/11%; Zn 0,80%; Ni 1%;

Dureza Brinell: 60 Alargamiento: 15% Resistencia a la tracción: 20,5 Kg/mm2

Propiedades del Bronce SAE 67 Normas Equivalentes: SAE CA938; ASTM B584-938; DIN 1716-G.Sn Pb Bz 15

Composición química: Cu 75/79%; Sn 6,3/7,5%; Pb 13/16%; Ni 1%

Dureza Brinell: 80 Alargamiento: 12% Resistencia a la tracción:18 Kg/mm2

Especialistas en materiales (Ref.-5, 6 y 9), sugieren el uso del Bronce SAE 67, debido a que

contiene mayor cantidad de Plomo, propiedad que le brinda mayor plasticidad, resistencia y

un coeficiente mínima fricción requerido en las condiciones de operación de las

chumaceras de un molino y brinda una protección adicional en puntos donde pudiera

presentarse por la operación en zonas donde la formación de la película lubricante se

dificulta

En la figura 7 se muestran los factores de falla y su interrelación, en la tabla 8, se muestra

la influencia (marcada con X) del factor en el costo global final de la lubricación.

Al final del estudio se anexan una serie de fotografías (A) donde muestran chumaceras en

buenas condiciones y con daños menores después de cuatro zafras en un ingenio de

12

Centroamérica teniendo el cuidado de lubricarlas y sellarlas adecuadamente, también se

muestran una serie de chumaceras con diversos tipos de desgaste y daño destructivos como

causa de descuido y control inadecuado de los diversos por los factores

Fig 5.- Ejemplo de sello tipo Brida

Fig 6.- Sello sencillo de poliuretano

Poliuretano

2” de espesor

x 3” ancho.

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CONCLUSIONES

Quizás lo relevante en el caso de controlar o minimizar los efectos del desgaste y fatiga

prematura de los bronces o chumaceras de un molino, tiene su raíz en la estrategia de como

atacar el problema.

El problema del desgaste acelerado y daños en las chumaceras en un molino de caña es de

tipo multifactorial, pero se inicia por errores humanos que comprenden tomas de decisiones

no adecuadas, que están influenciadas por ignorancia técnica, presiones financieras,

recursos y planeación del tiempo, falta de controles y prácticas de mantenimiento

inadecuadas, errores de toma de decisiones y de comunicación, elementos todos que en

conjunto, afectan la eficiencia del equipo y la rentabilidad final de la producción en el

ingenio.

Los factores más importantes a controlar son:

• Selección adecuada del lubricante con base a su tecnología, pruebas de campo,

experiencia de aplicación y prestigio

• Selección adecuada, cuidado y buenas prácticas de mantenimiento del sistema

centralizado, tomando en cuenta los años de experiencia del proveedor en el sector.

• Evaluación y análisis técnico de la instalación de sellos mecánicos adecuados en las

chumaceras tomando en cuenta experiencia de otros ingenios, proveedores de

lubricantes y especialistas en la materia.

• Evaluación y análisis técnico del diseño y fabricación de las canaletas y venas de

lubricación en las chumaceras.

• Verificación de la calidad y los bronces, verificando propiedades de resistencia de

los bronces de las chumaceras bajo estándares sugeridos por SAE.

• Establecimiento de programas de monitoreo de temperaturas, solución de problemas

del sistema centralizado, mejora de la cultura y prácticas de limpieza en el ingenio y

en particular alrededor del molino.

• Establecer programa de capacitación de los técnicos en el uso de los lubricantes y

correcto manejo delos sistemas centralizados.

• Mejorar la forma de la toma de decisiones de compra de lubricante y equipo,

tomando en cuenta factores no únicamente de precio, sino de los beneficios a

mediano y largo plazo de nuevas tecnologías y sus adaptaciones.

• Mejorar la comunicación y trabajo en equipo entre los técnicos del ingenios,

mandos superiores y proveedores del lubricante y sistemas centralizados, teniendo

en cuenta que no existe un solo responsable, ya que todos influyen de forma

decisiva en los resultados finales de operación.

• Se debe de profesionalizar el trabajo de equipo y ser más cautos en la toma de

decisiones y en el análisis de sus efectos, en un sistema que presenta variables que

son muy sensibles a los cambios y errores en su operación y mantenimiento.

• Debemos ser más abiertos en compartir y aprovechar la experiencias de proveedores

profesionales, especialistas y trabajo de campo en otros ingenios dentro y fuera del

país, hay que recordar que no existen “clases o libros de experiencia” objetivos, la

experiencia se forma viviendo los problemas en campo y erradicándolo o

controlándolos de forma objetiva y con bases técnicas, que nos permitan tomar

14

decisiones de costo-beneficio rentables en la solución de problemas técnicos que

tienen su origen en malas concepciones y decisiones humanas.

• La perspectiva y estrategia de analizar al molino como un sistema completo y de

estudiar el “cómo se relacionan” los factores señalados, brindará mejores resultados

e impactos significativos en los resultados financieros y control de los costos de

operación al final de la zafra, de otra forma, estaremos en camino de volver a repetir

los mismos errores y poner en riesgo la viabilidad de nuestras empresas.

Fig 7.- Esquema mostrando los factores de falla más relevantes a considerar y su

interrelación en la falla de una chumacera de bronce en un molino de caña

Error en la

selección

del

lubricante

Incremento en el

consumo de lubricante

Incremento en la temperatura

de la chumacera

Sellado

defectuoso

Sistema

centralizado

sin control

adecuado

Defecto de

canaletas y

alimentación

del lubricante

Defecto de

material en

las

chumaceras

Practicas de

limpieza y de

monitoreo

inadecuadas

Contaminación y degradación del lubricante

Protección nula del lubricante incidencia de

fatiga prematura en la chumacera

Contaminación y desgaste abrasivo y

adhesivo de la chumacera

Probabilidad de fatiga térmica y generación de grietas en la chumacera

Costos no controlados de

lubricación

Costos de reparación y

reposición de las chumaceras

Incremento de riesgo de

seguridad por reparaciones

urgentes .

Costos adicionales de

ecología

15

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16

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Ingenio Zucarmex- Ing Adrian C Espinoza, Ing Miguel A Chavez, Agosto 2007, México

17

FOTOGRAFIAS A

FOTOGRAFIAS B

Chumaceras en buen estado con desgaste normal con sellado efectivo y con alimentación de lubricante seleccionado adecuadamente

Chumaceras con grietas de fatiga desarrolladas en una zafra por defectos de sellado y lubricante limitado

18

FOTOGRAFIAS C

FOTOGRAFIAS D

Chumaceras con desgaste abrasivo severo por contaminación de bagazo por defecto de sellado y lavado de lubricante

Chumaceras con desgaste abrasivo y adhesivo severo por defecto desalineamiento, sellado inadecuado y lavado de lubricante con jugo

19

FOTOGRAFIAS E

FOTOGRAFIAS F

Muñones y chumaceras con desgaste abrasivo severo normal por defecto de sellado, lubricación defectuosa y corrosión

Chumaceras con grietas de fatiga mecánica y térmica con desgaste abrasivo| desarrolladas en una zafra por defectos de sellado y lubricación

inadecuada